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    Sensor detectaría indicios de enfermedades neurodegenerativas

El Alzheimer, un padecimiento cerebral que afecta la memoria y que es la causa más común de demencia en personas mayores, se puede identificar ahora en su fase temprana gracias a un sensor que detecta la aglomercación de fibras beta-amiloide.

Estas son una especie de basuras protéicas que se empiezan a depositar en el cerebro hacia los 28 años, mucho antes de que aparezcan los primeros síntomas de la enfermedad.

El dispositivo desarrollado permite detectar de manera temprana la predisposición que tienen las proteínas amiloides para aglomerarse y generar la barrera que impide que las neuronas funcionen de manera correcta. “Es equivalente a tomar una muestra de sangre”, manifiesta el profesor Juan Pablo Hernández Ortiz, del Departamento de Materiales y Minerales de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (UN) Sede Medellín, quien trabajó en esta plataforma con un grupo interdisciplinar de investigadores de las universidades de Wisconsin-Madison y de Chicago, en Estados Unidos.

El sensor se convierte en una herramienta sencilla de diagnóstico a partir de ADN que se vuelve un marcador biológico , lo que hace que el procedimiento de detección temprana de enfermedades neurodegenerativas sea más sencillo.

Según el neurólogo clínico Francisco Lopera, la manera actual de detectar el Alzheimer es mediante un análisis de líquido cefalorraquídeo extraído de la columna, o por Tomografía por Emisión de Positrones (PET) Amiloide, que consiste en inyectar una sustancia radioactiva en la vena que se mezcla con proteínas amiloide y se puede ver en imágenes.

Características del dispositivo

El instrumento desarrollado usa cristales líquidos, que son moléculas alargadas y rígidas que comparten las características de un líquido –como desplegarse en un recipiente o poseer viscosidad y fluidez–, o las del estado sólido, que se ordena en dirección y espacio generando comportamientos ópticos como desviar la luz blanca y cambiar los colores.

En su forma sólida, el material base se puede deformar continuamente –como lo hace un fluido–, por lo que se puede organizar y direccionar, lo cual permite manipularlo fácilmente con la mano o con campos electromagnéticos.

El profesor Hernández Ortiz explica que los cambios de orientación se pueden utilizar para medir y conocer cuándo hay moléculas diferentes en el sistema. “Por ejemplo, si se tiene un cristal líquido organizado, la luz pasa libremente a través de él y se ve blanco, pero si se le pone una gota de aceite, el cristal líquido cambia la orientación, por lo que se puede ver dónde está la gota”.

El sensor está elaborado en el polímero (plástico) denominado polidimetilsiloxano (PDMS), material con el que se fabricaron recipientes de 283 micras de alto por 283 micras de ancho y  20 micras de profundidad. Esto equivale, aproximadamente, a un vasija  con el área de la mitad de una aguja y el espesor de la mitad del diámetro de un cabello humano. Allí se ubican las moléculas del cristal líquido formando una cuadrícula de 1.200 “baldes” en un centímetro cuadrado.

Encapsular cristales líquidos

Los “baldes” con el cristal líquido se ponen en contacto directo sobre una capa delgada de lípidos. Las proteínas que se quieran estudiar se introducen entre el balde y la capa, según la patología de interés.

Las proteínas interactúan entre ellas, y según su comportamiento los cristales líquidos sirven para detectar si las moléculas se aglomeran o no, por medio de un microscopio óptico. Las proteínas son las encargadas de perturbar las moléculas del cristal líquido, y de acuerdo con observado se puede hacer un diagnóstico temprano.

“Uno va revisando ‘balde’ por ‘balde’ cuál de los cristales líquidos muestra una señal fibrosa, que se ve como la rama de un árbol. Si no está pasando nada, todo se ve blanco o negro porque las proteínas están dispersas. Cuando se forma la fibra anormal se observa una estructura o un patrón que puede ser más oscuro o más claro”, describe el profesor.

Antes de fabricar el dispositivo se hizo un estudio teórico y un diseño guiado en computador que simula el sensor y ayuda a entender el comportamiento de las moléculas. En este paso se selecciona el tipo de cristales líquidos, los lípidos y las geometrías de los recipientes.

Las cifras alientan a los investigadores a trabajar en una solución que permita conocer de manera temprana si una persona es propensa o no a esta y otras enfermedades, para prevenir problemas mayores por diagnósticos tardíos.

Las pruebas se hicieron primero con proteínas que no se aglomeran: isletas de polipéptido amyloid de ratón, ovispirin y la proteína bobina de suero albumino (BCA). Ya que estas proteínas no forman fibras, “cuando uno ve las estructuras no hay formas similares a las ramas de un árbol, lo que quiere decir que el paciente no es propenso a la enfermedad”, explica.

Después se estudiaron proteínas que sí pueden llegar a aglomerarse y formar fibras: isletas humanas del polipéptido amyloid (asociado con Alzheimer y diabetes tipo II) y cadenas de poliglutamina (asociada con la enfermedad de Huntington). El dispositivo es capaz de detectar cuando esto sucede.

Tratamientos personalizados

El sensor puede parecer futurista o sofisticado, pero según el académico no lo es. En la física médica existen objetivos delimitados a corto, mediano y largo plazo. Casi todos ellos están enfocados al diagnóstico temprano, el descubrimiento de biomarcadores y la medicina personalizada de precisión, con lo que se reducen los riesgos de efectos secundarios, los costos de diagnóstico y de tratamientos.

Según estadísticas de la Organización Mundial de Salud (2016), en el mundo cerca de 47 millones de personas padecen de demencia (Alzheimer) y cada año se generan alrededor de 10 millones de nuevos casos. Las cifras alientan a los investigadores a trabajar en una solución que permita conocer de manera temprana si una persona es propensa o no a esta y otras enfermedades, para prevenir problemas mayores por diagnósticos tardíos.

Según el profesor Hernández Ortiz en eso consiste su principal aporte: en evitar complicaciones de “patologías complejas que perturban la calidad de vida de la gente como el Alzheimer y la diabetes tipo II, que están subiendo en las estadísticas y que no solo afectan a los pacientes y familias, sino a la sociedad , porque son enfermedades de alto costo”.

A largo plazo, el siguiente paso es comercializar el sensor, el cual debe ser sometido a otras pruebas para que sea avalado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés).

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